DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04256-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38671430
تاريخ النشر: 2024-04-26
المؤلف: Mohammad Zarbah وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة استقرار الأبعاد لنماذج الفك العلوي المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد – سواء كانت خالية من الأسنان أو كاملة الأسنان – على فترات زمنية تبلغ 1 و 14 و 28 يومًا. باستخدام سير عمل رقمي، أنشأ الباحثون قوالب فك علوي مجوفة بدقة 50 ميكرومتر وقاموا بتقييم التغيرات الأبعاد من خلال برنامج مطابقة السطح. تم مسح النماذج في فترات محددة باستخدام ماسح ضوئي مختبري مكتبي بدقة 15 ميكرومتر، وتم قياس التغيرات الأبعاد باستخدام طريقة الجذر التربيعي المتوسط (RMS). تم إجراء تحليل إحصائي باستخدام ANOVA للقياسات المتكررة لمقارنة قيم RMS عبر النقاط الزمنية المختلفة.
أشارت النتائج إلى زيادة كبيرة في قيم RMS للنماذج الخالية من الأسنان، حيث ارتفعت من متوسط 0.257 ميكرومتر عند الأساس إلى 0.384 ميكرومتر بعد 28 يومًا. بالمقابل، ظلت قيم RMS للنماذج الكاملة الأسنان مستقرة نسبيًا، حيث تقلبت قليلاً من 0.355 ميكرومتر إلى 0.347 ميكرومتر خلال نفس الفترة. بينما كانت التغيرات الأبعاد في النماذج الخالية من الأسنان ملحوظة، خلصت الدراسة إلى أن التغييرات كانت طفيفة وقابلة للمقارنة مع التباين الملحوظ في نماذج الجبس التقليدية. وبالتالي، يوصي المؤلفون بالحذر في استخدام نماذج الأسنان المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد لإعادة بناء الأسنان النهائية إذا مرت أكثر من 3 إلى 4 أسابيع منذ الطباعة.
مقدمة
لقد تقدم دمج سير العمل الرقمي في طب الأسنان بشكل كبير في تصنيع الأطراف الصناعية، خاصة من خلال استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. لا تقلل هذه الطريقة من الوقت والتكاليف المرتبطة بإنشاء نماذج الأسنان فحسب، بل تعالج أيضًا التحديات اللوجستية عندما تكون المختبرات السنية بعيدة عن العيادات. على الرغم من هذه التقدمات، تظل النماذج السنية الفيزيائية ضرورية لمجموعة متنوعة من الإجراءات المختبرية، خاصة للأطراف الصناعية المعقدة مثل الأطراف الثابتة المغلفة يدويًا (FDPs) وهياكل أطقم الأسنان القابلة للإزالة (RPD)، التي لا تزال غير متوافقة تمامًا مع سير العمل الخالي من النماذج.
سلطت الدراسات الحديثة الضوء على القبول السريري لنماذج الأسنان المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد من حيث الدقة وقابلية التكرار مقارنةً بالنماذج الحجرية التقليدية والنماذج المفرغة بواسطة CAD/CAM. ومع ذلك، فإن استقرار الأبعاد لهذه النماذج أمر حاسم، خاصة عندما يتم تخزينها لفترات طويلة أو عندما يكون الوصول إلى مرافق الطباعة ثلاثية الأبعاد محدودًا. أظهرت أبحاث جودا وآخرون أن الشيخوخة تؤثر سلبًا على استقرار الأبعاد للنماذج المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد، مع ملاحظات لتغيرات كبيرة بعد ثلاثة أسابيع. يثير هذا القلق بشأن جدوى استخدام النماذج المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد للأطراف الصناعية النهائية بعد هذه الفترة الزمنية. من الجدير بالذكر أن هناك نقصًا في الدراسات التي تفحص استقرار الأبعاد للنماذج المجوفة للفك العلوي، والتي تُستخدم بشكل شائع في الممارسة. لذلك، تهدف هذه الدراسة المعملية إلى تقييم استقرار الأبعاد لنماذج الفك العلوي المجوفة الخالية من الأسنان والكاملة الأسنان المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد بدقة 50 ميكرومتر على فترات زمنية تبلغ 1 يوم و 14 يوم و 28 يوم باستخدام برنامج مطابقة السطح.
الطرق
تضمنت منهجية هذه الدراسة، المعتمدة من قبل لجنة أخلاقيات البحث في جامعة الملك خالد (رقم المرجع 443/40-50397-DS)، استخدام نماذج الفك العلوي المجوفة الخالية من الأسنان والكاملة الأسنان كمسحات سلبية تحكمية. تم ضبط ماسح ضوئي مختبري مكتبي (D900، 3Shape) بدقة 15 ميكرومتر واستخدامه لمسح هذه النماذج، وفقًا للبروتوكول الموصى به من قبل الشركة المصنعة. كانت الملفات الناتجة، المحفوظة بلغة مثلثية قياسية (STL)، بمثابة نماذج أساسية. بعد ذلك، تم تصميم قوالب الفك العلوي المجوفة باستخدام Meshmixer (Autodesk) وطبعها باستخدام طابعة مختبرية DLP (Cara print 4.0، Kulzer) باستخدام راتنج نموذج V2. تم إنشاء ما مجموعه 30 نموذجًا (15 خالي من الأسنان و 15 كامل الأسنان) وتم مسحها تحت نفس الظروف مثل النماذج السلبية التحكمية، مما جعلها نماذج إيجابية تحكمية.
لتقييم استقرار الأبعاد للنماذج المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد على مر الزمن، تم إجراء المسحات عند الأساس، 1 يوم، 14 يوم، و 28 يوم، مما أسفر عن إجمالي 120 مسحة. تم تحليل الملفات الممسوحة باستخدام Geomagic Design X (3D Systems) لتقييم دقة الأبعاد من خلال قياسات الجذر التربيعي المتوسط (RMS) بالميكرومتر. تم استخدام تصميم القياسات المتكررة، مع عوامل الفترات الزمنية التي تمثل النقاط الزمنية وأنواع النماذج (خالي من الأسنان مقابل كامل الأسنان) كعوامل بين المجموعات. تم إجراء تحليل البيانات باستخدام SPSS (الإصدار 26)، باستخدام الطريقة “البسيطة” مع الأساس كمرجع للمقارنات.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود اختلافات كبيرة في قيم الجذر التربيعي المتوسط (RMS) بين النماذج الخالية من الأسنان والنماذج الكاملة الأسنان على مر الزمن. زادت قيمة RMS للنماذج الخالية من الأسنان من متوسط 0.257 عند الأساس إلى 0.384 بعد ثمانية وعشرين يومًا، بينما أظهرت النماذج الكاملة الأسنان تباينًا طفيفًا، حيث تراوحت القيم المتوسطة من 0.355 إلى 0.347. تغيرت القيم المتوسطة الإجمالية لـ RMS للعينة الكاملة قليلاً من 0.306 إلى 0.365 خلال نفس الفترة. كشفت ANOVA للقياسات المتكررة عن اختلافات كبيرة بين الأساس والملاحظات بعد أربعة عشر يومًا (p = 0.002) وثمانية وعشرين يومًا (p = 0.002)، بينما لم يتم العثور على اختلافات كبيرة بين الأساس واليوم الأول (p = 0.241).
أظهر التحليل الإضافي أن تأثيرات التفاعل بين المجموعات والفترات كانت كبيرة (p = 0.002 و p = 0.001)، مما يشير إلى أن القيم المتوسطة لـ RMS للنماذج الخالية من الأسنان والنماذج الكاملة الأسنان تحركت في اتجاهات متعاكسة. على وجه التحديد، أظهرت المجموعة الخالية من الأسنان تغييرات كبيرة من الأساس إلى كل من أربعة عشر يومًا وثمانية وعشرين يومًا (p = 0.002)، بينما لم تظهر النماذج الكاملة الأسنان تغييرات كبيرة خلال هذه الفترات (قيم p = 0.921 و 0.536). تسلط هذه النتائج الضوء على المسارات المتميزة لقيم RMS في النماذج الخالية من الأسنان مقابل النماذج الكاملة الأسنان، مما يبرز الحاجة إلى تحليلات منفصلة بسبب تأثيرات التفاعل الكبيرة الملحوظة.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على تأثير العوامل البيئية على شيخوخة المواد البوليمرية، خاصة في سياق نماذج الأسنان المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد. قامت الدراسة بتقييم استقرار الأبعاد لنماذج الفك العلوي الخالية من الأسنان والكاملة الأسنان المطبوعة باستخدام تقنية معالجة الضوء الرقمي (DLP) على فترات زمنية تبلغ 1 و 14 و 28 يومًا. أشارت النتائج إلى زيادة كبيرة في قيم الجذر التربيعي المتوسط (RMS) للنماذج الخالية من الأسنان، حيث ارتفعت من 0.257 إلى 0.368 عند 14 يومًا وارتفعت مرة أخرى إلى 0.384 عند 28 يومًا، بينما حافظت النماذج الكاملة الأسنان على قيمة RMS مستقرة حول 0.35. كشفت التحليلات الإحصائية أنه على الرغم من زيادة قيم RMS للنماذج الخالية من الأسنان بشكل كبير مع مرور الوقت، إلا أن الاختلافات في النماذج الكاملة الأسنان لم تكن ذات دلالة إحصائية، مما يشير إلى تأثير تفاعل بين نوع النموذج وخط الزمن للشيخوخة.
تتوافق النتائج مع الأبحاث السابقة التي تشير إلى أن الهيكل الداخلي للنماذج المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد يؤثر على الدقة، حيث تظهر النماذج المجوفة دقة أقل. على الرغم من التغيرات الأبعاد الملحوظة، تظل الأهمية السريرية غير مؤكدة، خاصةً لأن إعادة بناء الأطراف الصناعية يمكن أن تكتمل عادةً ضمن فترة 3 إلى 4 أسابيع. تشمل قيود الدراسة فترة الملاحظة القصيرة والتركيز الحصري على نماذج الفك العلوي، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف الآثار على نماذج الفك السفلي وتأثيرات الشيخوخة على المدى الطويل. بشكل عام، توصي الدراسة بالحذر في استخدام نماذج الأسنان المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد لإعادة بناء الأطراف الصناعية النهائية بعد 3 إلى 4 أسابيع من الطباعة، نظرًا للتغيرات الأبعاد الطفيفة ولكن الملحوظة التي تم ملاحظتها.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04256-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38671430
Publication Date: 2024-04-26
Author(s): Mohammad Zarbah et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study investigates the dimensional stability of 3D-printed maxillary models—both edentulous and fully dentate—over periods of 1, 14, and 28 days. Utilizing a digital workflow, the researchers created hollowed maxillary casts with a resolution of 50 micrometers and assessed their dimensional changes through surface matching software. The models were scanned at specified intervals using a desktop lab scanner with 15-micrometer accuracy, and the dimensional changes were quantified using the root mean square (RMS) method. Statistical analysis was performed using repeated measures ANOVA to compare RMS values across the different time points.
The results indicated a significant increase in the RMS values for edentulous models, rising from a mean of 0.257 µm at baseline to 0.384 µm after 28 days. In contrast, the RMS values for dentate models remained relatively stable, fluctuating only slightly from 0.355 µm to 0.347 µm over the same period. While the dimensional changes in edentulous models were notable, the study concluded that the alterations were minimal and comparable to the variability observed in traditional plaster cast models. Consequently, the authors recommend caution in using 3D-printed dental master models for definitive prosthetic reconstructions if more than 3 to 4 weeks have elapsed since printing.
Introduction
The integration of digital workflows in dentistry has significantly advanced the fabrication of prostheses, particularly through the use of 3D printing technology. This method not only reduces time and costs associated with dental model construction but also addresses logistical challenges when dental laboratories are distanced from clinics. Despite these advancements, physical dental models remain essential for various laboratory procedures, especially for complex prostheses like manually veneered fixed dental prostheses (FDPs) and removable partial denture (RPD) frameworks, which are not yet fully compatible with model-free workflows.
Recent studies have highlighted the clinical acceptability of 3D-printed dental models in terms of accuracy and reproducibility compared to traditional stone casts and CAD/CAM milled models. However, the dimensional stability of these models is critical, particularly when they are stored for extended periods or when access to 3D printing facilities is limited. Research by Joda et al. indicated that aging negatively affects the dimensional stability of 3D-printed models, with significant changes observed after three weeks. This raises concerns about the viability of using 3D-printed models for definitive prostheses beyond this timeframe. Notably, there is a lack of studies examining the dimensional stability of hollowed maxillary models, which are commonly used in practice. Therefore, this in vitro study aims to evaluate the dimensional stability of 3D-printed edentulous and fully dentate hollowed maxillary models with a resolution of 50 micrometers over periods of 1 day, 14 days, and 28 days using surface matching software.
Methods
The methodology of this study, approved by the research ethics committee at King Khalid University (Reference No. 443/40-50397-DS), involved the use of scanned edentulous and fully dentate maxillary typodont models as control negative scans. A desktop lab scanner (D900, 3Shape) with a precision of 15 micrometers was calibrated and employed to scan these models, following the manufacturer’s recommended protocol. The resulting files, saved in standard triangular language (STL), served as baseline models. Subsequently, hollowed maxillary casts were designed using Meshmixer (Autodesk) and printed with a DLP lab printer (Cara print 4.0, Kulzer) using Model V2 Resin. A total of 30 models (15 edentulous and 15 fully dentate) were created and scanned under the same conditions as the control negative models, establishing them as control positive models.
To evaluate the dimensional stability of the 3D-printed models over time, scans were conducted at baseline, 1 day, 14 days, and 28 days, resulting in a total of 120 scans. The scanned files were analyzed using Geomagic Design X (3D Systems) to assess dimensional accuracy through root mean square (RMS) measurements in micrometers. A repeated measures design was utilized, with interval factors representing the time points and model types (edentulous vs. dentate) as between-group factors. Data analysis was performed using SPSS (version 26), employing the ‘Simple’ method with baseline as the reference for comparisons.
Results
The results of the study indicate significant differences in the root mean square (RMS) values between edentulous and dentate models over time. The RMS for edentulous models increased from a mean of 0.257 at baseline to 0.384 after twenty-eight days, while the dentate models exhibited minimal variation, with mean values ranging from 0.355 to 0.347. The overall mean RMS values for the total sample changed slightly from 0.306 to 0.365 during the same period. Repeated measures ANOVA revealed significant differences between the baseline and the fourteen-day (p = 0.002) and twenty-eight-day (p = 0.002) observations, while no significant differences were found between baseline and day one (p = 0.241).
Further analysis showed that the interaction effects between groups and intervals were significant (p = 0.002 and p = 0.001), indicating that the mean RMS values for edentulous and dentate models moved in opposite directions. Specifically, the edentulous group demonstrated significant changes from baseline to both fourteen days and twenty-eight days (p = 0.002), whereas the dentate models did not show significant changes during these intervals (p values = 0.921 and 0.536). These findings highlight the distinct trajectories of RMS values in edentulous versus dentate models, underscoring the need for separate analyses due to the significant interaction effects observed.
Discussion
The discussion highlights the impact of environmental factors on the aging of polymer materials, particularly in the context of 3D-printed dental models. The study assessed the dimensional stability of edentulous and dentate maxillary models printed using the Digital Light Processing (DLP) technique over periods of 1, 14, and 28 days. Results indicated a significant increase in the Root Mean Square (RMS) values for edentulous models, rising from 0.257 to 0.368 at 14 days and further to 0.384 at 28 days, while dentate models maintained a stable RMS around 0.35. Statistical analyses revealed that although RMS values for edentulous models increased significantly over time, the differences in dentate models were not statistically significant, suggesting an interaction effect between model type and aging timeline.
The findings align with previous research indicating that the internal structure of 3D-printed models influences accuracy, with hollow models demonstrating less precision. Despite the observed dimensional changes, the clinical significance remains uncertain, particularly since prosthetic reconstructions can typically be completed within the 3 to 4-week timeframe. Limitations of the study include the short observation period and the exclusive focus on maxillary models, suggesting a need for further research to explore the implications for mandibular models and longer-term aging effects. Overall, the study advises caution in using 3D-printed dental master models for definitive prosthetic reconstructions beyond 3 to 4 weeks post-printing, given the minimal yet notable dimensional changes observed.